a) Định nghĩa cảm biến quang
Cảm biến quang điện (Photoelectric sensor, PES) (Hình 2.24) nói một cách khác thực chất chúng là do các linh kiện quang điện tạo thành. Khi có ánh sáng thích hợp chiếu vào bề mặt của cảm biến quang, chúng sẽ thay đổi tính chất. Tín hiệu quang được biến đổi thành tín hiệu điện nhờ hiện tượng phát xạ điện tử ở cực catot khi có một lượng ánh sáng chiếu vào.
Hình 2.24 Cảm biến quang. Hiện nay có các loại cảm biến quang như :
- Cảm biến quang thu phát.
- Cảm biến quang phản xạ gương.
- Cảm biến quang khuếch tán.
b) Vai trò và ứng dụng của cảm biến quang
Cảm biến quang đóng vai trò rất quan trọng trong các ngành công nghiệp nói chung và tự động hóa nói riêng. Chúng được ứng dụng trong các công việc đòi hỏi độ chính xác cao và môi trường làm việc khắc nghiệt và khoảng cách xa. Cụ thể như:
- Xác định vị trí sản phẩm trên các băng chuyền và đếm sản phẩm.
- Phát hiện xe trong các bãi đỗ xe, rửa xe.
- Kiểm tra sản phẩm có đổ ngã hoặc có đủ bộ phận chưa.
- Phát hiện người hoặc vật đi qua cửa.
- Làm Sensor an toàn cho các máy kéo sợi, máy dệt.
- Ứng dụng trong các dây chuyền phát hiện và đóng nắp chai.
- Kiểm tra Robot đã được gắn linh kiện đã được lắp ráp hay chưa trong các dây chuyền lắp ráp oto.
c) Cấu trúc của cảm biến quang
Cấu trúc của cảm biến quang (Hình 2.25) khá đơn giản, gồm ba thành phần chính:
Hình 2.25 Cấu trúc cảm biến quang.
Bộ phát ánh sáng
Ngày nay cảm biến quang thường sử dụng led bán dẫn. Ánh sáng được phát ra theo xung - nhịp điệu xung đặc biệt giúp cảm biến phân biệt được ánh sáng của cảm biến và ánh sáng của nguồn khác (ánh sáng mặt trời, ánh sáng khác…). Các loại LED thông dụng là LED đỏ, LED hồng ngoại, LED lazer. Một số dòng cảm biến đặc biệt dùng LED trắng hoặc LED xanh lá.
Bộ thu ánh sáng
Thông thường bộ thu sáng là một phototransistor (Tranzito quang). Bộ phận này cảm nhận ánh sáng và chuyển đổi thành tín hiệu điện tỉ lệ. Hiện nay, nhiều loại cảm biến quang sử dụng mạch tích hợp chuyên dụng ASIC (Application Specific Integrated Circuit). Mạch này tích hợp tất cả các bộ phận quang, khuếch đại xử lý chức năng và một vi mạch (IC). Bộ phận thu có thể nhận ánh sáng trực tiếp từ bộ phận phát (như trường hợp loại thu - phát), hoặc ánh sáng phản xạ lại từ vật bị phát hiện (trường hợp phản xạ khuếch tán).
Mạch xử lý tín hiệu ra
Mạch đầu ra chuyển tín hiệu tỉ lệ (analogue) từ tranzito quang thành tín hiệu On/Off được khuếch đại. Khi lượng ánh sáng thu vượt quá ngưỡng được xác định, tín hiệu ra của cảm biến được kích hoạt. Mặc dù một số loại cảm biến thế hệ trước tích hợp mạch nguồn và dùng tín hiệu ra là tiếp điểm rơ-le vẫn khá phổ biến, ngày nay các loại cảm biến chủ yếu dùng tín hiệu bán dẫn (PNP / NPN). Một số loại cảm biến quang có cả tín hiệu tỉ lệ ra phục vụ cho nhiệm vụ đo đếm.
d) Cảm biến sử dụng trong mô hình hệ thống
Với đề tài phân loại sản phẩm theo màu sắc, nhóm tác giả sử dụng cảm biến quang E3F-DS10C4 (Hình 2.26) để nhận biết và phân loại sản phẩm.
Hình 2.26 Cảm biến quang E3F-DS10C4.
Đây là cảm biến quang điện phản xạ khuếch tán: đầu ra là NPN.
- Chống nhiễu tốt.
- Gọn và tiết kiệm chỗ.
- Bảo vệ chống ngắn mạch và nối cực nguồn.
- Chế độ hoạt động: ON - đèn sáng, OFF - đèn tắt.
Thông số định mức và đặc tính kỹ thuật:
- Thông số kỹ thuật: E3F DS10C4.
- Kích thước (Đường kính x Chiều dài): 22 x 70 mm.
- Khoảng cách phát hiện: 100mm.
- Dòng định mức: 200mA.
- Vỏ làm bằng chất liệu ABS.
- Vật thể phát hiện tiêu chuẩn: 100 x 100 mm.
- Đặc tính trễ: Tối đa 20% khoảng cách phát hiện.
- Nguồn sáng (bước sóng): LED hồng ngoại (860nm).
- Điện áp nguồn cấp: 12VDC-24VDC.
- Công suất tiêu thụ: Tối đa 25mA.
- Thời gian đáp ứng: Tối đa 2.5ms.
- Nhiệt độ môi trường: Hoạt động -25°C đến 55°C (không đóng băng hoặc ngưng tụ). Bảo quản -30°C đến 70°C (không đóng băng hoặc ngưng tụ)
- Độ ẩm môi trường: Hoạt động 35% đến 85%, bảo quản -30% đến 95%
- Trọng lượng (cả vỏ): 85g.